隧道支护结构设计计算方法的基本原理课件.ppt
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1、 隧中线隧中线线中线线中线内轨顶面内轨顶面O2O2r3O1r1458027BO3O3Hh1h1d172808592801124951172808592801124951拱顶坍塌、冒落拱顶坍塌、冒落水平岩层水平岩层倾斜岩层倾斜岩层水平岩层冒落倾斜岩层掉块、塌落高边墙坍塌裂隙岩体顶部掉块软岩巷道严重底鼓变形 软岩巷道变形、支撑断裂(c)(d)(a)(b)变形阶段变形阶段松动阶段松动阶段塌落阶段塌落阶段成拱阶段成拱阶段自然拱qphH5 . 22 pHqh围岩压力 l影响因素:影响因素:深埋石质隧道:围岩的松动压力可按深埋石质隧道:围岩的松动压力可按铁铁路隧道设计规范路隧道设计规范所建议的公式进行计算
2、。所建议的公式进行计算。工程地质、水文地质、埋深、结构形状、工程地质、水文地质、埋深、结构形状、工作条件、施工方法、相邻隧道间距等。工作条件、施工方法、相邻隧道间距等。土质隧道:土质隧道:hqkhq0tan01hbbqetg;aiaicqe2pipicqe2)245(tan2a)245(tan2p 在计算总压力时可不计临界深度在计算总压力时可不计临界深度 = 以上的以上的负压力。负压力。0hac2土质隧道:土质隧道:hqkhq0tan01hbbqetg;aiaicqe2pipicqe2)245(tan2a)245(tan2p 在计算总压力时可不计临界深度在计算总压力时可不计临界深度 = 以上的
3、以上的负压力。负压力。0hac2 whqSq1245. 0Sqhq79. 141. 0第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理2.普氏公式普氏公式提出岩体坚固性系数提出岩体坚固性系数f 的概念。的概念。岩体被节理、裂隙所切割,视为岩体被节理、裂隙所切割,视为散粒体散粒体。但岩体又不同于一般的散粒体,其结构面上存但岩体又不同于一般的散粒体,其结构面上存在着不同程度的在着不同程度的粘结力粘结力,所以要保证其,所以要保证其抗剪强抗剪强度不变度不变。第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理ctg0tgctgctgf式中
4、式中0岩体的内摩擦角和似摩擦角;岩体的内摩擦角和似摩擦角; 岩体的抗剪强度:岩体的抗剪强度:岩体坚固性系数:岩体坚固性系数: 坚固性系数坚固性系数 f 是一个说明岩体特性(强度、抗是一个说明岩体特性(强度、抗钻性、抗爆性、构造、地下水)的综合指标。钻性、抗爆性、构造、地下水)的综合指标。0tgf第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 在具有一定粘结力的松散介质中开挖坑道后,其在具有一定粘结力的松散介质中开挖坑道后,其上方会形成一个抛物线形的自然拱,作用在支护结上方会形成一个抛物线形的自然拱,作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩体的重量。构上的
5、围岩压力就是自然拱内松散岩体的重量。fbhtk式中式中 hk自然拱高度;自然拱高度; bt自然拱的半跨度。自然拱的半跨度。 提出基于提出基于“自然拱自然拱”概念的计算理论概念的计算理论 自然拱的自然拱的形状和尺寸形状和尺寸(即它的高度即它的高度hk和跨度和跨度Bt)与与岩体的坚固性系数岩体的坚固性系数f 有关。具体表达式为:有关。具体表达式为:第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理在松散和破碎岩体中,坑道的侧壁受到扰动在松散和破碎岩体中,坑道的侧壁受到扰动而产生滑移,自然拱的跨度也相应加大而产生滑移,自然拱的跨度也相应加大 。坚硬岩石坚硬岩石松软岩石
6、松软岩石BtBbt第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理围岩垂直均布松动压力:围岩垂直均布松动压力:khq围岩水平均布松动压力可按朗金公式计算:围岩水平均布松动压力可按朗金公式计算:2452102tgHqet注意:注意: 作用在任何水平面上的竖向压应力作用在任何水平面上的竖向压应力 是均布的,是均布的,相应的水平力相应的水平力 第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理v为侧压力系数。为侧压力系数。 H=v3.泰沙基理论泰沙基理论 也视为散粒体,隧道上方的岩体因隧道的变也视为散粒体,隧道上方的岩体因隧道的变形而
7、下沉。形而下沉。假定:假定:破裂面为折线破裂面为折线OAB第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理方法:方法:研究微分条带研究微分条带dh的的平衡。平衡。步骤步骤1.V=0,建立微分方程,建立微分方程2.边界条件:边界条件:h h=0,=0,0v第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理022220dhbdhtgbdbVVVV 在地面深度为在地面深度为h处取出一厚度为处取出一厚度为dh的水平条带单的水平条带单元体,考虑其平衡条件元体,考虑其平衡条件 V0 ,得出,得出 00dhbtgdVV 展开后,得展开后,得第
8、五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理bhtgVetgb010随着埋深加大随着埋深加大, 趋近于零,则趋近于零,则 bhtge03.解微分方程,得解微分方程,得4.讨论:讨论: (1)当埋深当埋深h 达到一定程度时,达到一定程度时,v为常数为常数0tgbV第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理(2)侧压力系数取侧压力系数取 1,则,则式中,式中,b、0 意义同上。意义同上。0tgbV如以如以 f 代入,得代入,得0tgfbV2452102tgHetv侧向均布压力则仍按朗金公式计算:侧向均布压力则仍按朗金公式计
9、算: (3)与普氏法对照,能发现什么?与普氏法对照,能发现什么?泰沙基认为:泰沙基认为:H5b 为深埋隧道为深埋隧道第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 当隧道埋深不大时,开挖的影响将波及到地表当隧道埋深不大时,开挖的影响将波及到地表而不能形成而不能形成“自然拱自然拱”。隧道开挖后如不及时支撑,。隧道开挖后如不及时支撑,岩体即会大量坍落移动,会影响到地表并形成坍陷岩体即会大量坍落移动,会影响到地表并形成坍陷区域,此时岩体将会出现两个滑动面。区域,此时岩体将会出现两个滑动面。 浅埋隧道浅埋隧道围岩压围岩压力力滑动面滑动面滑动土体滑动土体未扰动土未扰动
10、土体体支护结构反力支护结构反力 可采用可采用松散介质极限松散介质极限平衡理论平衡理论进行分析。进行分析。第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理围岩压力围岩压力滑动面滑动面滑动土体滑动土体未扰动土体未扰动土体支护结构反力支护结构反力滑面上的摩擦阻力滑面上的摩擦阻力受力的极限平衡条件:受力的极限平衡条件:滑动岩体滑动岩体重量滑面上的阻力重量滑面上的阻力+支护结构的反作用支护结构的反作用力力(围岩松动压力围岩松动压力)围岩松动压力滑动岩体重量围岩松动压力滑动岩体重量滑面上的阻力滑面上的阻力第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算
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